Cuando se construyen túneles para vehículos en roca, el techo y las paredes se rocían con hormigón para crear una capa superficial uniforme y evitar que las piedras se desprendan y caigan sobre la carretera. Cuando los túneles están rodeados de agua de mar, como en el fiordo de Oslo (Noruega), por ejemplo, se produce un fenómeno conocido como la “intrusión de agua salada”. Este proceso transporta bacterias al entorno del túnel, las cuales forman colonias (biopelículas) en la superficie del hormigón. Las bacterias se alimentan de sustancias presentes en el hormigón y atacan la superficie, que se daña y se vuelve porosa.

En una publicación científica reciente, los investigadores han descubierto nuevos conocimientos sobre los procesos microbiológicos responsables de la degradación, que se está produciendo con relativa rapidez. "Llevamos mediciones en el túnel del fiordo de Oslo desde 2014 y observamos que las bacterias penetran en la superficie del hormigón hasta un centímetro al año. Donde hay intrusión de agua salada, se forma una biopelícula y el hormigón cubierto por ella se disuelve gradualmente", afirma Frank Persson, profesor asociado de Biología Molecular y Ecología Microbiana del Departamento de Arquitectura e Ingeniería Civil de Chalmers.

El hormigón proyectado se ha utilizado en túneles de carretera a mayor escala desde la década de 1990, y desde entonces, los investigadores han podido observar esta contaminación de la biopelícula. A pesar de ello, actualmente existen muy pocos estudios similares sobre biocorrosión en túneles submarinos en entornos marinos.

Frank Persson y sus colegas han investigado el túnel del fiordo de Oslo en proyectos vinculados a la Administración Noruega de Carreteras Públicas pero, según los investigadores, el fenómeno probablemente se produce en entornos similares en todo el mundo.

El hormigón nuevo proyectado sobre paredes y techos en túneles tiene un pH alto, pero a medida que envejece, se produce una degradación química natural que provoca una disminución del pH y hace que el entorno sea más propicio para las bacterias. Las bacterias aceleran aún más la corrosión de las armaduras del hormigón y, a su vez, la degradación del propio hormigón al metabolizar el hierro, el manganeso, el azufre y el nitrógeno presentes en él. Los investigadores han observado que esta degradación por interacción local puede ser relativamente rápida. En condiciones extremas, las bacterias pueden penetrar hasta 10 cm en cinco años.

"Este tipo de biopelícula es una clara señal de alerta. Es necesario monitorizar el flujo de agua y su propagación, y localizar el hormigón suelto y dañado para volver a proyectarlo, si es necesario", afirma Britt-Marie Wilén, profesora de Ingeniería Ambiental y de Aguas Residuales del Departamento de Arquitectura e Ingeniería Civil de Chalmers.

Los investigadores destacan que los túneles de carretera, a pesar de esta biopelícula, son generalmente seguros y están supervisados por las autoridades noruegas. Su recomendación, basada en los estudios, es medir continuamente el pH del hormigón, examinar el flujo de agua subterránea a través de la roca y monitorear la propagación de la biopelícula. El flujo de agua subterránea afecta el crecimiento de la biopelícula, especialmente con caudales más bajos, donde el pH de la biopelícula es menor, lo que contribuye a una degradación más rápida del hormigón que con un caudal más alto que neutraliza el ácido de la biopelícula.

La investigación actual se ha llevado a cabo en el túnel del fiordo de Oslo, pero es probable que se produzca una degradación similar del hormigón en túneles similares donde el agua dulce puede filtrarse, según Britt-Marie Wilén.

"Sin embargo, el problema probablemente sea mayor en entornos con penetración de agua de mar, en parte porque el agua de mar favorece el crecimiento bacteriano, pero también porque la sal acelera la corrosión en las armaduras. El cambio climático también está calentando los océanos y, con agua más caliente, el pH desciende aún más, lo que podría aumentar la velocidad de corrosión", afirma.

Al mapear las comunidades microbianas en el túnel del fiordo de Oslo, los investigadores de Chalmers han revelado nuevos microorganismos previamente desconocidos. Las nuevas técnicas de secuenciación de ADN y procesamiento de datos también han ofrecido oportunidades completamente nuevas para interpretar y comprender los hallazgos.